基于Calculux Area的沙滩排球场照明设计

田 径，罗秀卿

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061)



基于Calculux Area的沙滩排球场照明设计

田 径，罗秀卿

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061)

以某沙滩排球场体育照明设计为例，从照度、光源及灯具等方面分析探讨，制定排球场照明方案。针对Calculux Area专业应用于体育照明设计的特点进行仿真计算，结果显示通过不同的光源在不同方位、不同照射角度配合照明，可以满足体育照明照度要求。

Calculux Area；体育照明设计；照度计算；沙滩排球

引言

为满足体育照明需要照度及比赛实况真实清晰转播的要求，体育场需要高质量且专业的照明设计[1]。优秀的体育照明设计需要考虑足够的照度、均匀度、亮度、眩光要求、阴影效果及颜色正确性等因素[2-3]，要求远高于民用建筑照明。因此，照明工程设计中照度、均匀度、眩光值等高精度要求的数据计算至关重要。国内常用照度计算包括单位容量法、利用系数法及逐点计算法[4]，运用上述方法体育场照明设计将产生庞大的计算量，计算精度也很难满足要求。

随着计算机技术的发展，照明计算仿真软件广泛应用于照明设计中[5-7]，主要有荷兰PHILIPS公司的Calculux Area，德国DIAL公司的DIALux,美国Lighting Analysis公司的Agi32等。本文以某沙滩排球场体育照明设计为例，采用体育照明专业设计软件Calculux Area进行照度仿真计算，为体育照明设计提供参考。

1 某沙滩排球场照明方案

1.1 项目概况

沙滩排球场属于甲级体育场，比赛场地(PA)为16 m×8 m矩形,总赛区(TA)为28 m×20 m矩形，总规模64 m×56 m，计划容纳3 000～4 000人，体育功能应达到TV转播国家国际比赛要求[8]。

1.2 照明方案分析探讨

依据《体育场馆照明设计及检测标准》要求，沙滩排球场主摄像机方向垂直照度要求Evmail≥1 000 lx，辅摄像机方向垂直照度要求Evaux≥750 lx，一般显色指数要求Ra≥80。

目前，体育场灯布置方式分为四塔式布置、多塔式布置、光带式布置等方式。多塔式布置难以满足电视转播要求，且易对观众产生阻挡；光带式布置对眩光控制技术较严格。为满足比赛照度要求，本文采用四塔布灯方式。

本例中，金卤灯由于体积小，便于精确控制光束、光效高、显色性好等优点，最适用于彩色电视转播的体育照明；对于体育场安全照明，眩光度要求低，要求光源具有启动速度高的特点，兼顾节能要求，采用LED投光灯光源，配以不间断电源UPS供电。

投光灯单位面积功率见式(1)[2]。

(1)

式中P为单位面积功率，Emin为被照水平面最低照度，η为灯具效率，η1为光效率，U为利用系数，U1为照度均匀度，K为维护系数。

对某点垂直面照度如式(2)所示。

(2)

取比赛场地PA照度1 000/750 lx(主摄像机/辅摄像机)，而对于总赛区TA，《体育场馆照明设计及检测标准》并未明确规定。参考网球场地TA照度要求750/500 lx计算。考虑观众席及通道照明，初步确定所需1kW金卤灯48套(配套热触发装置瞬时重启[9])，200 W LED投光灯24套。

根据不同比赛对照度的要求及安全照明的要求，工程初步拟定了6种开灯方案，如表1所示。

表1 体育场照明控制方案Table 1 Lighting control scheme

2 体育照明仿真计算

2.1 Calculux Area仿真计算

启动Calculux Area软件，根据排球场面积及照度要求初步选定照度方案。设置灯具坐标、照射角度等参数，根据反馈照度值，修改调整各灯具坐标及角度，反复试算，生成计算书，最终确定选择照明采用1 kW金卤灯及光源：GT3000—TD2000-N1 28套，光源HQI-TS；GT3000—TD2000-N1 20套，光源HQI-TS。

2.2 仿真计算结果

Calculux Area生成报告包括沙滩排球场照明工程的项目描述、水平及垂直照度、材料设备清单、照度等值曲线、灯具投射角度、眩光点坐标及眩光值表等内容。

沙滩排球场灯具照射角度如图1所示。以矩形主赛场中心为坐标原点，建立平面直角坐标系，灯塔布置于四角，灯具均布于灯塔上，从灯塔上射出的每个箭头(→)代表每套灯具的投射角度，PA场地内符号“⊕”表示眩光点(由于对称性仅选取6个眩光点)。

图1 沙滩排球场灯具照射角度图Fig.1 Lighting angle of the beach volleyball court

沙滩排球场主摄像机垂直照度如图2所示。以PA的中心为坐标原点建立直角坐标系，1 m×1 m网格划分PA(共153网格)，图中x,y表示网格中心坐标，图示数据表示Calculux Area软件仿真计算的网格中心坐标照度值。

图2 沙滩排球场PA区域主摄像机垂直照度Fig.2 Vertical illumination in PA area of beach volleyball court

PA等值轮廓线如图3所示，不同深度色彩代表不同照度，比赛场地中心区域照度最大，外围区域随距离增加，照度逐渐递减且呈对称分布。

图3 沙滩排球场PA区域等值轮廓线Fig.3 Illumination contour in PA area

排球场眩光点坐标如表2所示，根据《体育场馆照明设计及检测标准》规定，对于室外体育照明，对人产生的眩光指数GR≤50，表中眩光值符合规范要求。

表2 眩光点坐标及眩光值表Table 2 Glare point coordinate and glare value

由此可见，Calculux Area软件针对体育照明的专业性使得原本复杂的照明设计过程变得可视化、简单化，大大缩减工作量，且提高了照度计算的准确性。

3 结果分析

目前国内体育照明设计，需满足《体育场馆照明设计及检测标准》的相关规定，需要考虑照度、均与度、TV转播及眩光值等方面因素。

Calculux Area软件专业应用于体育照明设计，生成的照度计算书共包括四大部分：项目描述、总结、计算结果及照明设备数据等。其中，计算结果部分罗列出场地水平照度及摄像机照度等方面的具体数值、等值轮廓线、眩光值等内容；项目描述展示整个场地布局、3D图及照明设备布置图；照明装置数据展示照明灯具数量、规格、坐标及不同照明方案情况下各灯具的开关具体情况。

Calculux Area计算书中，比赛场地网格内中心主摄像机方向垂直照度均大于1000lx；总赛区内平均照度1028，最小照度/最大照度=0.49>0.4，最小照度/平均照度=0.64>0.6；场地内眩光值GR≤50。计算书内包括《体育场馆照明设计及检测标准》要求的所有指标，且均满足规范要求。

4 结语

Calculux Area是一款专业应用于体育照明设计的软件，在体育照明的设计过程中，仿真照度的计算结果较为精确。Calculux Area自动生成的计算书展现了较为全面的仿真结果，在目前实际的体育照明设计应用中，有着较大的学术价值和现实意义。

[1] 姚梦明.国家体育场(鸟巢)体育照明设计[J].照明工程学报,2012,23(1):88-98.

[2] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2006.

[3] 李炳华,李兴林,宋镇江,等.体育照明新技术及其分析[J].照明工程学报,2012,23(6): 30-36.

[4] 肖辉.电气照明技术[M].北京:机械工业出版社,2010.

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Design of Sports Lighting for Beach Volleyball Court Based on Calculux Area

TIAN Jing， LUO Xiuqing

(ShanghaiWaterEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Shanghai200061,China)

The design of sports lighting for beach volleyball court is analyzed and discussed from the aspects of illuminance, light source, luminaire and so on, and the scheme is designed. As a professional application software for sports lighting design, Calculux Area is used for illumination calculation. The results show that illumination of the different light sources at the different positions and different radiation angle can meet the illumination value of the sports lighting.

Calculux Area; sports lighting design; illumination calculation; beach volleyball

田径，E-mail：jing_tian@swedri.com

TM923

B

10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.014